【正文】 n鋼鐵冶煉工藝 內(nèi) 容 簡(jiǎn) 介本書共分13章，系統(tǒng)地介紹了冶煉概述、高爐原燃料、高爐冶煉原理、高爐冶煉工藝、高爐爐況判斷及爐況異常的處理、高爐技術(shù)的發(fā)展、煉鋼原材料、煉鋼基本原理、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝、轉(zhuǎn)爐爐襯材料及維護(hù)、電爐冶煉工藝、煉鋼技術(shù)的發(fā)展等內(nèi)容，較全面地反映了目前國(guó)內(nèi)外鋼鐵冶煉新技術(shù)、新工藝及發(fā)展趨勢(shì)等。書中每章均附有復(fù)習(xí)思考題，十分適合教學(xué)使用。本書為高等職業(yè)院校冶金專業(yè)學(xué)生的教學(xué)用書，也可作為冶金企業(yè)進(jìn)行職工培訓(xùn)的教材和供冶金工程技術(shù)人員參考。前 言本書是根據(jù)職業(yè)技術(shù)院校冶金技術(shù)專業(yè)“鋼鐵冶煉工藝”課程教學(xué)基本要求編寫的教學(xué)用書，是在充分了解我國(guó)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀、分析了煉鐵煉鋼崗位能力要求的基礎(chǔ)上，精選內(nèi)容編寫而成。全書以煉鐵、煉鋼的生產(chǎn)工藝為主線，也兼顧基本原理，突出生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用性。書中系統(tǒng)地介紹了高爐原燃料、高爐冶煉原理、高爐冶煉工藝、高爐爐況判斷及爐況異常的處理、高爐技術(shù)的發(fā)展、煉鋼原材料、煉鋼基本原理、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝、轉(zhuǎn)爐爐襯材料及維護(hù)、電爐冶煉工藝、煉鋼技術(shù)的發(fā)展等內(nèi)容，較全面地反映了目前國(guó)內(nèi)外鋼鐵冶煉新技術(shù)、新工藝及發(fā)展趨勢(shì)等。本書也可作為冶金企業(yè)進(jìn)行職工培訓(xùn)的教材和供冶金工程技術(shù)人員參考。 本書由武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院陳勝清、周秋松主編，王展宏主審。 由于時(shí)間倉(cāng)促，加之編者水平所限，書中不足之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。編 作者2006年12月目錄252 / 252第一章 概述【本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)】本章學(xué)習(xí)煉鐵、煉鋼工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)史，煉鐵產(chǎn)品及煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，鐵和鋼的區(qū)別，煉鋼的基本任務(wù)和煉鋼技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。一、鋼鐵工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史 我國(guó)煉鐵工業(yè)的發(fā)展簡(jiǎn)史 我國(guó)是世界上用鐵最早的國(guó)家之一。 我國(guó)古代冶煉技術(shù)有過輝煌的歷史。早在2500年前的春秋、戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就已生產(chǎn)和使用鐵器，逐步由青銅時(shí)代過渡到鐵器時(shí)代。公元前513年，趙國(guó)鑄的“刑鼎”就是我國(guó)掌握冶煉液態(tài)鐵和鑄造技術(shù)的見證。而歐洲各國(guó)推遲到14世紀(jì)才煉出液態(tài)生鐵。 冶煉技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展，表現(xiàn)了我國(guó)古代勞動(dòng)人民的偉大創(chuàng)造力，有力地促進(jìn)了我國(guó)封建社會(huì)的經(jīng)濟(jì)繁榮。歐洲的冶煉技術(shù)也是從中國(guó)輸入的。但是，到了l8世紀(jì)，特別是腐朽的清王朝，煉鐵業(yè)和其他行業(yè)一樣發(fā)展非常緩慢。與此同時(shí)，歐洲爆發(fā)了工業(yè)革命。19世紀(jì)英國(guó)和俄國(guó)首先把高爐鼓風(fēng)動(dòng)力改為蒸汽機(jī)，使煉鐵爐的規(guī)模不斷擴(kuò)大。不久英國(guó)又用高爐煤氣把鼓風(fēng)預(yù)熱，逐漸產(chǎn)生了現(xiàn)代高爐的雛形。當(dāng)高爐生產(chǎn)向著大型化、機(jī)械化、電氣化方向發(fā)展，冶煉技術(shù)不斷完善的時(shí)候，中國(guó)卻正處在落后的封建統(tǒng)治時(shí)代，發(fā)展遲緩，一直到19世紀(jì)末，不得不轉(zhuǎn)而從歐洲輸入近代煉鐵技術(shù)。 1891年，清末洋務(wù)派首領(lǐng)張之洞首次在漢陽(yáng)建造了兩座日產(chǎn)lOOt生鐵的高爐，邁出了我國(guó)近代煉鐵的第一步。之后，先后在鞍山、本溪、石景山、太原、馬鞍山、唐山等地修建了高爐。l943年是我國(guó)解放前鋼鐵產(chǎn)量最高的一年(包括東三省在內(nèi))，生鐵產(chǎn)量180萬t，鋼產(chǎn)量90萬t，居世界第十六位。后來由于戰(zhàn)爭(zhēng)的破壞，到了1949年，生鐵年產(chǎn)量?jī)H為25萬t。 新中國(guó)成立后，我國(guó)于l953年生鐵產(chǎn)量就達(dá)到了190萬t，當(dāng)時(shí)超過了歷史最高水平。1957年生鐵產(chǎn)量達(dá)到了597萬t，高爐利用系數(shù)達(dá)到了l．321，我國(guó)在這一指標(biāo)上跨入世界先進(jìn)行列()。1958年生鐵產(chǎn)量為l364萬t，1978年突破了3000萬t，1988年達(dá)到了6000萬t，1993年生鐵產(chǎn)量為8000萬t，躍居世界第二位，1995年生鐵產(chǎn)量為1億t，居世界第一位。，2005年生鐵產(chǎn)量約3億t?，F(xiàn)代煉鋼方法及其發(fā)展趨勢(shì)從1855年英國(guó)冶金學(xué)家亨利貝塞麥發(fā)明酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼方法至今，現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)在不斷探索中發(fā)展了一個(gè)半世紀(jì)。 現(xiàn)代煉鋼方法主要有氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法、電爐煉鋼法。平爐煉鋼法由于用重油、成本高、冶煉周期長(zhǎng)、熱效率低等致命弱點(diǎn)，已基本上被淘汰。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法以氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法為主，同時(shí)還有底吹氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法、頂?shù)讖?fù)合吹煉氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法。l996年我國(guó)鋼產(chǎn)量已達(dá)到一億多噸，其中氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法所煉鋼約占70％。，其中氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法所煉鋼約占75％。電爐煉鋼法以交流電弧爐煉鋼為主，同時(shí)也有少部分直流電弧爐煉鋼、感應(yīng)爐煉鋼及電渣重熔等。縱觀國(guó)內(nèi)外煉鋼方法的發(fā)展，以上三種主要煉鋼方法的總發(fā)展趨勢(shì)是：轉(zhuǎn)爐煉鋼法大力發(fā)展，成為最主要的煉鋼方法；電爐煉鋼法穩(wěn)步發(fā)展、長(zhǎng)興不衰；平爐煉鋼法則被淘汰。目前煉鋼的生產(chǎn)流程主要有以下兩種：鐵水→鐵水預(yù)處理→氧氣轉(zhuǎn)爐→初煉鋼水→爐外精煉→連鑄機(jī)→連鑄坯廢鋼→電弧爐→初煉鋼水→爐外精煉→連鑄機(jī)→連鑄坯二、高爐冶煉產(chǎn)品高爐冶煉過程是一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程的總和。有爐料的揮發(fā)與分解，鐵氧化物和其他物質(zhì)的還原，生鐵與爐渣的形成，燃料燃燒，熱交換和爐料與煤氣運(yùn)動(dòng)等。這些過程不是單獨(dú)進(jìn)行的，而是在相互制約下數(shù)個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行的?；具^程是燃料在爐缸風(fēng)口前燃燒形成高溫還原煤氣，煤氣不停地向上運(yùn)動(dòng)，與不斷下降的爐料相互作用，其溫度、數(shù)量和化學(xué)成分逐漸發(fā)生變化，最后從爐頂逸出爐外。爐料在不斷下降過程中，由于受到高溫還原煤氣的加熱和化學(xué)作用，其物理形態(tài)和化學(xué)成分逐漸發(fā)生變化，最后在爐缸里形成液態(tài)渣鐵，從渣鐵口排出爐外。 高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵，副產(chǎn)品是爐渣、煤氣和一定量的爐塵(瓦斯灰)。 1．生鐵 生鐵組成以鐵為主，此外含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2．5％～4．5％，并有少量的硅、錳、磷、硫等元素。生鐵質(zhì)硬而脆，缺乏韌性，不能延壓成型，機(jī)械加工性能及焊接性能不好，但含硅高的生鐵(灰口鐵)的鑄造及切削性能良好。生鐵按用途又可分為普通生鐵和合金生鐵，前者包括煉鋼生鐵和鑄造生鐵，后者主要是錳鐵和硅鐵。合金生鐵作為煉鋼的輔助材料，如脫氧劑、合金元素添加劑。普通生鐵占高爐冶煉產(chǎn)品的98％以上，而煉鋼生鐵又占我國(guó)目前普通生鐵的80％以上，隨著工業(yè)化水平的提高，這個(gè)比例還將繼續(xù)提高。我國(guó)現(xiàn)行生鐵標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。表11 煉鋼生鐵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 717—82) 表12鑄造生鐵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 718—82) 2．爐渣爐渣是高爐冶煉的副產(chǎn)品。礦石中的脈石和熔劑、燃料灰分等熔化后組成爐渣，其主要成分為Ca0、Mg0、Si0Al203及少量的Mn0、Fe0、S等。爐渣有許多用途，常用做水泥原料及隔熱、建材、鋪路等材料。每噸生鐵的爐渣量由過去的7001000kg，降低至l50300kg。3．煤氣高爐煤氣的化學(xué)成分為C0、C0HN2及少量的CH4。由于煤氣中含有可燃成分C0、H2和CH4,經(jīng)除塵脫水后作為燃料，其發(fā)熱值約(800～900)／m3 隨著高爐能量利用的改善而降低，每噸鐵可產(chǎn)煤氣2000～3000m3。 高爐煤氣是無色、無味的氣體，有毒易爆炸。應(yīng)加強(qiáng)煤氣的使用管理。 4．爐塵 爐塵是隨高爐煤氣逸出的細(xì)粒爐料，經(jīng)除塵處理與煤氣分離。爐塵含鐵、碳、Ca0等有用物質(zhì)，可作為燒結(jié)的原料，每噸鐵產(chǎn)爐塵為l0～100kg，爐塵隨著原料條件的改善而減少。 三、 高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高爐生產(chǎn)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效果可以用技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來衡量。其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有以下各項(xiàng)。 1．高爐有效容積利用系數(shù)（） 式中 ——每立方米高爐有效容積在一晝夜內(nèi)生產(chǎn)鐵的噸數(shù)； P——高爐一晝夜生產(chǎn)的合格生鐵； ——高爐有效容積，指爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五段之和。 高爐有效容積利用系數(shù)是衡量高爐生產(chǎn)強(qiáng)化程度的指標(biāo)。越高，高爐生產(chǎn)率越高，每天所產(chǎn)生鐵越多。目前我國(guó)高爐有效容積利用系數(shù)為(1．8～2．5)t／(m3d)，高的可達(dá)3．0t／(m3d)以上。2．焦比(K)和燃料比(Kf)式中 K—— 生產(chǎn)一噸生鐵消耗的焦炭量； Q——高爐一晝夜消耗的干焦量。式中 ——冶煉一噸生鐵消耗的焦炭和噴吹燃料的數(shù)量之和； 　——高爐一晝夜消耗的干焦量和噴吹燃料之和。 如果只計(jì)算某種噴吹燃料的消耗，則分別表示煤比(M——每噸生鐵消耗的煤粉量)、油比(Y——每噸生鐵消耗的重油量)等。 焦比和燃料比是衡量高爐物資消耗，特別是能耗的重要指標(biāo)，它對(duì)生鐵成本的影響最大，因此降低焦比和燃料比始終是高爐操作者努力的方向。目前我國(guó)噴吹高爐的焦比一般低于450kg／t，燃料比小于550kg／t。 先進(jìn)高爐焦比已小于400kg／t，燃料比約450kg／t。將燃料也折合成焦炭計(jì)算出的總焦炭量為綜合焦比。3：冶煉強(qiáng)度(Ｉ)式中　?。梢幻繒円姑苛⒎矫赘郀t有效容積燃燒的焦炭量。當(dāng)高爐噴吹燃料時(shí)，每晝夜每立方米高爐有效容積消耗的燃料總量，稱為綜合冶煉強(qiáng)度()，即： 計(jì)算冶煉強(qiáng)度要扣除休風(fēng)時(shí)間。冶煉強(qiáng)度是表示高爐生產(chǎn)強(qiáng)化程度的指標(biāo)，它取決于高爐所能接受的風(fēng)量，鼓入高爐的風(fēng)量越多，冶煉強(qiáng)度越高。 利用系數(shù)、焦比和冶煉強(qiáng)度之間的關(guān)系(當(dāng)休風(fēng)時(shí)間為零、不噴吹燃料時(shí))為： 冶煉強(qiáng)度和焦比均影響利用系數(shù)，當(dāng)采用某一技術(shù)措施后，若冶煉強(qiáng)度增加而焦比又降低時(shí)，可使利用系數(shù)得到最大程度的提高。 4．生鐵合格率 化學(xué)成分符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的生鐵為合格生鐵。合格生鐵占高爐總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)為生鐵合格率，即： 生鐵合格率是評(píng)價(jià)高爐產(chǎn)品質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)，我國(guó)一些企業(yè)高爐生鐵合格率已達(dá)100％。 5．休風(fēng)率 休風(fēng)率是指休風(fēng)時(shí)間占規(guī)定作業(yè)時(shí)間(日歷時(shí)間扣除計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間)的百分?jǐn)?shù)，即： 休風(fēng)率反映設(shè)備管理維護(hù)和高爐的操作水平。降低休風(fēng)率是高爐增產(chǎn)節(jié)焦的重要途徑，我國(guó)先進(jìn)高爐休風(fēng)率已降到l％以下。 6．生鐵成本 生鐵成本是指冶煉一噸生鐵所需的費(fèi)用，包括原料、燃料、動(dòng)力、工資、車間經(jīng)費(fèi)等。成本受價(jià)格因素的影響較大，一般原燃料成本費(fèi)占80％左右；其余20％左右為冶煉成本費(fèi)，其中動(dòng)力、工資、折舊、運(yùn)輸費(fèi)約占18％，車間經(jīng)費(fèi)約占2％，副產(chǎn)品回收費(fèi)應(yīng)從成本中扣除，目前大型高爐此項(xiàng)回收費(fèi)占成本的8％～9％。降低消耗，尤其是降低焦炭消耗是降低成本的重要內(nèi)容。 7．爐齡 高爐從開爐到停爐大修之間的時(shí)間，為一代高爐的爐齡。延長(zhǎng)爐齡是高爐工作者的重要課題，大高爐爐齡要求達(dá)到10年以上，國(guó)外大型高爐爐齡最長(zhǎng)已達(dá)20年。 四、鋼和生鐵的主要區(qū)別鋼和生鐵都是鐵基合金，都含有碳、硅、錳、硫、磷5種元素。其主要區(qū)別見表1—3。表1—3 鋼和生鐵的主要區(qū)別 鋼和生鐵最根本的區(qū)別是含碳量不同，生鐵中ω(C)2％，鋼中ω(C)≤2％。含碳量的變化引起鐵碳合金質(zhì)的變化。鋼的綜合性能，特別是機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、韌性、塑性)比生鐵好得多，從而用途也比生鐵廣泛得多。因此，除約占生鐵總量10％的鑄造生鐵用于生產(chǎn)鐵鑄件外，約占生鐵總量90％的煉鋼生鐵要進(jìn)一步冶煉成鋼，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的需要。 五、煉鋼的基本任務(wù) 所謂煉鋼，就是通過冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質(zhì)，再根據(jù)對(duì)鋼性能的要求加入適量的合金元素，使之成為具有優(yōu)良性能的鋼。 煉鋼的基本任務(wù)可歸納如下： 1)脫碳。在高溫熔融狀態(tài)下進(jìn)行氧化熔煉，把生鐵中的碳氧化降低到所煉鋼號(hào)的規(guī)格范圍內(nèi)，是煉鋼過程的一項(xiàng)最主要任務(wù)。 2)脫磷和脫硫。把生鐵中的有害雜質(zhì)磷和硫降低到所煉鋼號(hào)的規(guī)格范圍內(nèi)。3)去氣和去非金屬夾雜物。把熔煉過程中進(jìn)入鋼液中的有害氣體(氫和氮)及非金屬夾雜物(氧化物、硫化物和硅酸鹽等)排除掉。4)脫氧與合金化。把氧化熔煉過程中生成的對(duì)鋼質(zhì)有害的過量的氧(以FeO形式存在)從鋼液中排除掉；同時(shí)加入合金元素，將鋼液中的各種合金元素的含量調(diào)整到所煉鋼號(hào)的規(guī)格范圍內(nèi)。 5)調(diào)溫。按照熔煉工藝的需要，適時(shí)地提高和調(diào)整鋼液溫度到出鋼溫度。 6)澆注。把熔煉好的合格鋼液澆注成一定尺寸和形狀的鋼錠或連鑄坯，以便下一步軋制成鋼材。澆注包括鑄錠或連續(xù)鑄鋼。值得強(qiáng)調(diào)的是，煉鋼過程主要是氧化過程。六　煉鋼生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1．年產(chǎn)量式中 n——年內(nèi)工作日(24h為一個(gè)工作日)； g——每爐金屬料重量，t； a——合格鋼錠（坯）收得率，％； T——每爐平均冶煉時(shí)間，h。2．每爐鋼產(chǎn)量 3．作業(yè)率式中 工作日(d)=日歷時(shí)間(d)—停爐時(shí)間(d)。 4．利用系數(shù) (1)轉(zhuǎn)爐利用系數(shù)指每公稱噸位的容量每晝夜所生產(chǎn)的合格鋼產(chǎn)量，即：(2)電爐利用系數(shù)指每千千伏安變壓器容量每晝夜所生產(chǎn)的合格鋼錠量，即：5．每爐鋼冶煉時(shí)間6．轉(zhuǎn)爐爐齡(爐襯壽命)7．按計(jì)劃出鋼率8．鋼錠合格率9．鋼錠收得率10．原材料消耗11．電爐電耗12．復(fù) 習(xí) 思 考 題1．簡(jiǎn)述我國(guó)煉鐵發(fā)展簡(jiǎn)史。2．高爐冶煉的主要產(chǎn)品和副產(chǎn)品有哪些?3．高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有哪些?4．鋼和生鐵有哪些主要區(qū)別?第二章 煉鐵原材料【本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)】本章學(xué)習(xí)鐵礦石的分類及主要特性，高爐冶煉對(duì)鐵礦石的要求，鐵礦石冶煉前的準(zhǔn)備和處理，焦碳在高爐煉鐵中的作用和對(duì)焦碳的質(zhì)量要求，燒結(jié)生產(chǎn)原料準(zhǔn)備和燒結(jié)生產(chǎn)過程，球團(tuán)礦生產(chǎn)等。第一節(jié)　鐵礦石及其分類一、礦物、礦石和巖石地殼中的化學(xué)元素經(jīng)